Расчет и анализ устойчивости электроэнергетической системы

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Энергетический факультет

Кафедра «Электрические системы»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Устойчивость электроэнергетических систем»

«Расчет и анализ устойчивости электроэнергетической системы»

Выполнил: студент гр. 10606112

Прохорова М.С.

Проверил:Мышковец Е.В.

.

Минск 2015 г



ВВЕДЕНИЕ

электроэнергетический электростанция генератор аварийный

В данной курсовой работе нам предложено провести полный анализ устойчивости электроэнергетической системы с помощью программы Mustang.

В первом пункте мы разработаем принципиальную схему энергетической системы. Затем рассчитаем все основные параметры.

Далее по плану составление комплексной схемы замещения и расчёт трёх установившихся режимов, в которых мы научимся, с помощью регулировки напряжения, обеспечивать бесперебойное снабжение потребителей, не выходя за допустимые пределы напряжения Uном - 1,05 Uном.

Далее, по полученным сбалансированным режимам построим угловые характеристики (с помощью программы Excel)и определим предел передаваемой мощности. Тем самым исследуем систему на статическую устойчивость.

После найдём предельное время отключения короткого замыкания, приведя графики напряжений, активных мощностей и углов в момент до и после отключения короткого замыкания. С помощью этих действий мы исследуем систему на динамическую устойчивость.

Последним этапом данной курсовой работы будет определение критического напряжения и запаса устойчивости узла нагрузки по напряжению. Т.е. исследование устойчивости узлов нагрузки.



1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

В данной курсовой работе мы исследуем энергосистему, приведенную на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема сложной энергосистемы

При исследовании схемы необходимо в качестве генератора G принять генератор типа ТГВ-300, трансформатора Т4 - ТДЦ-400000/330.

Паспортные данные ее электрооборудования и величины нагрузок приведены в таблицах 1.1 - 1.4.

Таблица 1.1

Параметры генераторов станции Ст, приемной системы ЭС и генератора Г

Наименование показателей	Обозначение	Ед. измерения	Величина показателя
			Ст	ЭС	Г
Номинальная мощность		МВт	200	10500	300
Номинальный коэффициент мощности		-	0,85	0,9	0,85
Номинальное напряжение		кВ	15,75	110	20
Постоянная инерции		с	6,8	7,5	7
Синхронное сопротивление		%	186,2	-	-
Переходное сопротивление		%	31	25	30
Сопротивление обратной последовательности		%	24,9	-	19,5
Количество		шт	2	-	1

Таблица 1.2

Параметры трансформаторов

Наименование показателей	Обозначение	Ед. измерения	Величина показателя
			Т1	Т2	Т3	Т4
Номинальная мощность		МВA	250	250	125	400
Номинальное напряжение высшее низшее		кВ	347/15,75	347/155	347/10,5	347/20
Потери мощности к.з		кВт	610	560	350	900
Напряжение к.з		%	11	11	11	11
Потери мощности х.х		кВт	245	220	140	300
Ток х.х		%	0,45	0,45	0,05	0,4
Количество		шт	3	4	4	1

Таблица 1.3

Величины нагрузок

Наименование показателя	Обозначение	Ед. измерения	Величина показателя
			S1	S2	S3
Нагрузка		активная	МВт	95	110	125
		реактивная	Мвар	75	85	65

Таблица 1.4

Параметры линий электропередач

Наименование показателей	Ед. измерения	Обозначение	Величина показателя
			Л1	Л2	Л3	Л4
Марка провода	-	-	2АС-300/39	2АС-400/51	2АС-240/32	2АС-500/64
Длина	км		145	95	115	95
Активное сопротивление	Ом/км		0,048	0,038	0,06	0,03
Реактивное сопротивление	Ом/км		0,328	0,323	0,331	0,32
Активная проводимость	мкСм/км		0,0271	0,0202	0,0345	0,0152
Реактивная проводимость	мкСм/км		3,41	3,46	3,38	3,5

По данным таблиц 1.1-1.4 рассчитаем параметры схемы замещения электрической системы в именованных единицах.

1. Сопротивления генераторов станции Ст:

синхронное сопротивление

переходное сопротивление

сопротивление обратной последовательности

2. Сопротивления генератора станции приемной системы ЭС:

переходное сопротивление

3. Сопротивление генератора Г:

переходное сопротивление

сопротивление обратной последовательности

4. Сопротивления и проводимости трансформаторов Т1:

активное сопротивление

реактивное сопротивление

активная проводимость

реактивная проводимость

5. Сопротивления и проводимости трансформаторов Т2:

активное сопротивление

реактивное сопротивление

активная проводимость

реактивная проводимость

6. Сопротивления и проводимости трансформаторов Т3:

активное сопротивление

реактивное сопротивление

активная проводимость

реактивная проводимость

7. Сопротивления и проводимости трансформаторов Т4:

активное сопротивление

реактивное сопротивление

активная проводимость

реактивная проводимость

8. Сопротивления и проводимости линии электропередачи Л1:

активное сопротивление

реактивное сопротивление



активная проводимость

реактивная проводимость

9. Сопротивления и проводимости линии электропередачи Л2:

активное сопротивление

реактивное сопротивление

активная проводимость

реактивная проводимость

10. Сопротивления и проводимости линии электропередачи Л3:

активное сопротивление

реактивное сопротивление

активная проводимость

реактивная проводимость

11. Сопротивления и проводимости линии электропередачи Л4:

активное сопротивление

реактивное сопротивление

активная проводимость

реактивная проводимость

12. Исходная активная нагрузка:

станции Ст

генератора Г

13. Постоянная механической инерции:

станции Ст

генератора Г

система ЭС

Значения расчетных параметров сведем в таблицы 1.5, 1.6 и 1.7.

Таблица 1.5

Расчетные параметры генераторов станции Ст, приемной системы ЭС

и генератора Г

Наименование показателей	Значение
	Ст	ЭС	Г
Синхронное сопротивление , Ом	0,982	-	-
Переходное сопротивление , Ом	0,163	0,259	0,34
Сопротивление обратной последовательности , Ом	0,131	-	0,221

Таблица 1.6

Расчетные параметры трансформаторов

Наименование показателей	Значение
	Т1	Т2	Т3	Т4
Активное сопротивление , Ом	0,392	0,27	1,349	0,677
Реактивное сопротивление , Ом	17,66	13,245	52,98	33,112
Активная проводимость , мкСм	6,104	7,308	2,325	3,492
Реактивная проводимость , мкСм	28,03	37,37	10,38	13,29

Таблица 1.7

Расчетные параметры линий

Наименование показателей	Значение
	Л1	Л2	Л3	Л4
Активное сопротивление , Ом	6,96	3,61	6,9	2,85
Реактивное сопротивление , Ом	47,56	30,685	38,065	30,4
Активная проводимость , мкСм	3,93	1,919	3,968	1,444
Реактивная проводимость , мкСм	494,45	328,7	388,7	332,5



2. СОСТАВЛЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ И РАСЧЕТ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Составим комплексную схему замещения исследуемой системы (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Комплексная схема замещения системы

2.1 Нормальная схема без АРВ на генераторах

Введём в программу «Mustang» данные, заданные по условию. В качестве индуктивных сопротивлений используем: для генератора x'd = 0,34 Ом, а для станции xd = 0,982 Ом.

После этого можно увидеть, что напряжения во многих узлах выходят за пределы 1Uном - 1,05Uном.

Для того, чтобы напряжения вошли в нужные пределы, нужна его регулировка в узлах 9, 10 и 1.

После чего получим:

2.2 Нормальная схема с АРВ на генераторах

При расчёте режима с АРВ для станции индуктивное сопротивление примем x'd = 0,163 Ом, а для генератора оставим неизменным. Получим:

Напряжение снова оказалось за пределами допустимого. В данном случае добиться правильного напряжения только его регулировкой не получается. В этом случае я регулирую коэффициент трансформации на Т4 (-2x1,5%). [3, стр.199].

Кт (Т4) = 16.833



2.3 Ремонтная схема с АРВ на генераторах

Для реализации этого режима отключим самую нагруженную линию

Посмотрев на эти результаты, принимаю решение отключить ЛЭП 5 - 2. После чего получаем:

Снова балансируем напряжение и меняем коэффициент трансформации, но в это случае на Т3 (-2x1,5%)

Кт (Т3) = 32.064 (2)



3. ПОСТРОЕНИЕ УГЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ НОРМАЛЬНОЙ И РЕМОНТНО-АВАРИЙНОЙ СХЕМ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПО УСЛОВИЯМ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

В этом пункте нам предстоит построить угловые характеристики 3-х установившихся режимов (без АРВ, с АРВ и ремонтного с АРВ). С помощью этих характеристик мы сможем судить о статической устойчивости системы.

Под статической устойчивостью системы понимается её способность самостоятельно восстанавливать исходный режим, после каких-либо малых возмущений

Для построения угловых характеристик мощности, необходимо произвести ряд расчётов в установившихся режимах, изменяя мощность станции от 0 до максимально возможного значения.

Система перестаёт быть устойчивой при д > 90 ? .

3.1 Построение угловой характеристики генераторов без АРВ

Рисунок 3.1.1 -Угловая характеристика для генератора без АРВ



3.2 Построение угловой характеристики мощности для системы с АРВ на генераторах

Рисунок 3.2.1 -Угловая характеристика для генератора с АРВ

Для построения характеристики c АРВ и ремонтной с АРВ использовали д = д' +Дд, где

3.3 Построение угловой характеристики мощности для ремонтно-аварийной системы с АРВ на генераторах

Рисунок 3.3.1 -Угловая характеристика для генератора в ремонтном режиме с АРВ



Рисунок 3.3.2- Совмещенный график угловых характеристик для генераторов с без АРВ и с АРВ.



4. РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ОТКЛЮЧЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Для выполнения этого пункта нам нужно будет исключить генерирующие узлы и ветви (узел 9 - генератор и узел 10 - станцию). Узлам за генератором и станцией (узлы генераторного напряжения 6 и 8) задаётся фиксированное напряжение, равное Uрасч этих же узлов в режиме с АРВ, устанавливается значение активной мощности (соответственно) и диапазон реактивной мощности.

Эти действия производят для расчёта динамической устойчивости системы.

Динамическая устойчивость - это способность системы, после больших возмущений, приходить к исходному режиму или близкому к нему.

Далее вводим автоматику,

генераторы



контролируемые параметры.

Выполняем расчёт динамической устойчивости при времени отключения связи и шунта 0.400 с

Получаем вот такие графики для относительных углов ротора.

Далее введёт недостающие контролируемые параметры, графики которых нам нужно построить (Рг генератора, станции и энергосистемы, Uгенератора, станции, энергосистемы и наибольшей нагрузки).

Время, когда режим ещё балансируется 0.471

Характеристики для относительных углов ротора

Характеристики для U

Характеристики для Рг. Т.к. при выводе результатов характеристики беспорядочно накладываются друг на друга, нужно их вывести по отдельности



Характеристика Рг для узла 1

Характеристика Рг для узла 6

Характеристика Рг для узла 8

Время, когда режим уже не балансируется 0.472 (относительный угол ротора превышает 180 ?)



Характеристики для относительных углов ротора

Характеристики для U

Характеристика Рг для узла 1

Характеристика Рг для узла 6



Характеристика Рг для узла 8

Время отключения КЗtотк = 472 - 0.2 = 0.242 c



5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ЗАПАСА УСТОЙЧИВОСТИ УЗЛА НАГРУЗКИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ С АРВ И БЕЗ АРВ НА ГЕНЕРАТОРАХ

Сейчас мы будем анализировать устойчивость и переходные процессы в узлах нагрузки. В режимах с АРВ, без АРВ и в ремонтном с АРВ.

Для этого откроем вкладку СХН (статические характеристики нагрузки) и введём данные.

Далее в узлы с нагрузками введём Nсхн, а узел с наибольшей нагрузкой (узел 4) представим узлом с фиксированным напряжением (код 1010) и диапазоном реактивной мощности.

Далее изменяя напряжение узла 4 с 10Кв до 3 кВ строим характеристики зависимости реактивный мощностей Qн0, Qг и ДQ от U. И находим Uкр по графику ДQ от U.

Режим без АРВ

Uкр = 6,1кВ.

Коэффициент запаса по напряжению равен:

КU = U0 - Uкр / U0 = 10 - 6,1 / 10 = 0,39

Режим с АРВ

Uкр = 6 кВ.



Коэффициент запаса по напряжению равен:

КU = U0 - Uкр / U0 = 10 - 6 / 10 = 0,4

Ремонтный режим с АРВ

Uкр = 6,2кВ.

Коэффициент запаса по напряжению равен:

КU = U0 - Uкр / U0 = 10.1 - 6,2 / 10.1 = 0,386

По полученным коэффициентам запаса во всех режимах, мы можем сделать вывод о том, что устойчивость нашей системы обеспечена, т.к. КU> 0.15.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении хочу отметить, что в ходе расчётов установившихся режимов мы сумели подвести напряжения в нужный диапазон, не уменьшая нагрузки на станции.

Успешно исследовали систему на статическую устойчивость и нашли переделы передаваемых мощностей в различных режимах (для того, чтобы знать, какое увеличение мощности может претерпеть система не теряя статической устойчивости система).

Нашли предельное время отключения короткого замыкания, для того, чтобы правильно задать уставки реле при эксплуатации (рассчитали динамическую устойчивость).

В заключении мы определили критического напряжение и запас устойчивости узла наибольшей нагрузки, по которому наша система обладает надёжной устойчивостью.

Курсовая работа выполнена успешно.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Калентионок Е.В, Филипчик Ю.Д. Исследование устойчивости электроэнергетических систем на ЭВМ: методическое пособие к курсовой работе по дисциплине «Устойчивость электрических систем»: Мн.: БНТУ, 2010. 85 с.

Калентионок Е.В. Устойчивость электроэнергетических систем. Мн.: Техноперспектива, 2008. 376 с.

Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред. С.С. Рокотяна и И.Л. Шапиро. - М.: Энергомиздат, 1985. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru

...